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X-ray absorption spectroscopy of scandium oxide polymorphs

  • Scandium oxide (Sc2O3) is a rare-earth oxide with significant potential in key technological areas, but due to its limited supply a deep understanding of its characteristics in different crystalline phases is still missing. Here, we present a combined experimental and ab initio X-ray absorption spectroscopy investigation of Sc2O3 focusing on excitations from the O K-edge and the Sc L2,3-edge. While measurements are performed on a cubic sample, the most stable phase under ambient conditions, six different polymorphs are computed, including two high-pressure phases with a trigonal and monoclinic lattice in addition to the cubic phase, as well as three computationally predicted structures. Our analysis of the structural and electronic properties reveals significant similarities between the cubic polymorph and the high-pressure trigonal phase, while the monoclinic crystal exhibits distinct features. The spectra simulated for these similar phases from the solution of the Bethe–SalpeterScandium oxide (Sc2O3) is a rare-earth oxide with significant potential in key technological areas, but due to its limited supply a deep understanding of its characteristics in different crystalline phases is still missing. Here, we present a combined experimental and ab initio X-ray absorption spectroscopy investigation of Sc2O3 focusing on excitations from the O K-edge and the Sc L2,3-edge. While measurements are performed on a cubic sample, the most stable phase under ambient conditions, six different polymorphs are computed, including two high-pressure phases with a trigonal and monoclinic lattice in addition to the cubic phase, as well as three computationally predicted structures. Our analysis of the structural and electronic properties reveals significant similarities between the cubic polymorph and the high-pressure trigonal phase, while the monoclinic crystal exhibits distinct features. The spectra simulated for these similar phases from the solution of the Bethe–Salpeter equation show very good agreement with measurements. Additional comparison with results computed in the independent-particle approximation highlights the dominant role of electron–hole correlations in shaping the absorption features, particularly at the O K-edge, where a common pattern with the features of other sesquioxides is identified. Our findings offer new insight into the spectral fingerprints of Sc2O3 polymorphs, aiding in situ characterization and informing sustainable materials management.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:D. Duarte-Ruiz, H.-D. Saßnick, F. Ferreira De Araujo, Marie Gentzmann, T. Huthwelker, C Cocchi
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):RSC Advances
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Jahrgang/Band:15
Ausgabe/Heft:56
Erste Seite:47814
Letzte Seite:47825
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Scandium
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Umwelt
Umwelt / Circular Economy
DOI:10.1039/d5ra06446e
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-650806
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:11.12.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:15.12.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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